SDIO的SPI模式驱动分析

       SPI模式由一个由基于闪存SD存储卡提供的次要通信协议组成.此模式是SD存储卡协议的子集。此接口在上电(CMD0)后的每一个复位命令期间被
选择。

       SPI标准只定义物理链接,而不提供数据传输协议。SD存储卡SPI执行利用SD存储卡协议和命令集的子集。

       SD卡是基于命令和数据流,这些命令和数据流以一个起始位开始,以停止位结束的.SPI通道是面向字节的.每个命令或数据块都是由多个8位字节构成,
且每个字节与CS片选信号对齐(例如:此长度是8时钟周期的倍数)。

SPI模式下的响应行为有三个方面和SD模式不同:
1、被选择的卡总是回应命令。
2、使用附加的(8位)响应结构。
3、当卡遇到一个数据检索问题时,它会用一个响应错误来回应(替换预期的数据块),而不是SD模式中的超时。

       SD卡的模式选择,。在SPI模式下,SD存储卡协议状态机不被遵守。所有的在SPI模式下被支持的SD存储卡命令总是可用的。

一个有效的数据块被添加了一个16位CRC,此CRC由CCITT标准多项式X16+X12+X5+1生成。
能被READ_BL_LEN给出的最大的块的的长度大CSD中定义了。如果片块被允许,块长度可以是1~MAX块大小之间的任何长度。否则,数据读的有
效块长度只是在READ_BL_LEN中给出的值。
起始地址可以是在卡的有效地址范围内的任何字节地址。但是,每一个块,必须包含入一个单一的物理卡扇区中。

在多块读操作中,每一个被传输的块有它的16-CRC位。停止传输命令将实际地停止数据传输操作。

在SPI模式下,SD存储卡支持单块和多块写命令。

SDIO接口支持的设备总类有蓝牙,网卡,电视卡等。

很多地方保留了SD卡的读写协议,同时SDIO协议又在SD卡协议之上添加了CMD52CMD53命令。由于这个,SDIOSD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准,低速卡的目标应用是以最小的硬件开始来支持低速I/O能力。低速卡支持类似调制解调器,条形码扫描仪和GPS接收器等应用。高速卡支持网卡,电视卡.

    还有“组合”卡等,组合卡指的是存储器+SDIO

SDIO总线和USB总线类似,SDIO总线也有两端,其中一端是主机(HOST)端,另一端是设备端(DEVICE),采用HOST-DEVICE这样的设计是为了简化DEVICE的设计,所有的通信都是由HOST端发出命令开始的。在DEVICE端只要能解析HOST的命令,就可以同HOST进行通信了。

       SDIO的HOST可以连接多个DEVICE

同SD的总线一样的,其中有如下的几种信号

1.       CLK信号:HOST给DEVICE的时钟信号.

2.       CMD信号:双向的信号,用于传送命令和反应。

3.       DAT0-DAT3 信号:四条用于传送的数据线。

4.       VDD信号:电源信号。

5.       VSS1,VSS2:电源地信号。

在SDIO总线定义中,DAT1信号线复用为中断线。在SDIO的1BIT模式下DAT0用来传输数据,DAT1用作中断线。在SDIO的4BIT模式下DAT0-DAT3用来传输数据,其中DAT1复用作中断线。

SDIO命令:

       SDIO总线上都是HOST端发起请求,然后DEVICE端回应请求。其中请求和回应中会数据信息。

1.       Command:用于开始传输的命令,是由HOST端发往DEVICE端的。其中命令是通过CMD信号线传送的。

2.       Response:回应是DEVICE返回的HOST的命令,作为Command的回应。也是通过

CMD线传送的。

3.       Data:数据是双向的传送的。可以设置为1线模式,也可以设置为4线模式。数据是通过DAT0-DAT3信号线传输的。

  SDIO的每次操作都是由HOST在CMD线上发起一个CMD,对于有的CMD,DEVICE需要返回Response,有的则不需要。

       对于写命令,首先HOST会向DEVICE发送命令,紧接着DEVICE会返回一个握手信号,此时,当HOST收到回应的握手信号后,会将数据放在4位的数据线上,在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个写传送完毕后,HOST会再次发送一个命令,通知DEVICE操作完毕,DEVICE同时会返回一个响应。

 

SDIO的寄存器:

      SDIO卡的设备驱动80%的任务就是操作SDIO卡上的有关寄存器

       SDIO卡最多允许有7个功能(function),这个同其功能号是对应的(0~7),每个功能对应一个128K字节大小的寄存器。功能号之所以取值范围是1~7,而没有包含0,是因为功能0并不代表真正的功能,而代表CIA寄存器,即Common I/OArea,这个记录着SDIO卡的一些基本信息和特性,并且可以改写这些寄存器。其中地址0x1000~0x17fff(17bit)是SDIO卡的CIS区域,就是基本信息区域(Common Information Structure)。初始化的时候读取并配对SDIO设备。 

 

CMD52命令:

     SDIO设备为了和SD内存卡兼容,SD卡所有Command和Response完全兼容,同时加入了一些新的Command和Response。例如,初始化SD内存卡使用ACMD41,而SDIO卡设备则用CMD5通知DEVICE进行初始化。

     但二者最重要的区别是,SDIO卡比SD内存卡多了CMD52和CMD53命令,这两个命令可以方便的访问某个功能的某个地址寄存器。

CMD52命令是IO_RW_DIRECT命令的简称,其命令格式如下:

      首先第一位为0,表明是起始位,第二位为传输方向,这里为1,代表方向为HOST向DEVICE设备传送,其后6位为命令号,这里是110100b,用十进制表示为52,CMD52的名字也由此而来。紧接着是读写标志位。

      然后是操作的功能号。也就是function number。如果为0则指示为CCCR寄存器组。

       紧接着是寄存器地址,用17指示,由于功能寄存器有128K地址,17位正好能寻址。

       再下来8位Write dataor Staff Bits的意思是说,如果当前为写操作,则为数据,否则8位为填充位。无意义。

       最后7位为CRC校验码。最后一位为结束位0。

       对于CMD52的Response是48位,命令格式请查阅手册

 

       总结下,CMD52是由HOST发往DEVICE的,它必须有DEVICE返回来的Response。 CMD52不需要占用DAT线,读写的数据是通过CMD52或者Response来传送。每次CMD52只能读或者写一个byte.

 

CMD53命令:

    CMD53允许每次读写多个字节或者多个块(BLOCK)。CMD53的命令格式如下:

    第一位是1,为开始位,然后是一位方向位,总是1,代表HOST向DEVICE设备传送,其后6位为命令号,这里是110101b,用十进制表示为53,CMD53的名字也由此而来。

    然后是1位的读写标志。接着是3位功能号,这个同CMD52都是相同的。Block Mode如果是1代表是块传输模式,否则为字节传输模式。

    OPCode为操作位,如果是0,代表数据往固定的位置读写,如果1代表是地址增量读写。例如对地址0固定读写16个字节,相当于16次读写的地址0,而对地址0增量读写16个字节,相当于读写0~15地址的数据。

    然后是17位的地址寄存器,可以寻址到128K字节的地址,然后是9位的读写的计数,对于字节读取,读写大小就是这个计数,而对于块读写,读写的大小是计数乘以块的大小。

    随后的7位为CRC校验码。最后一位为1。

    当读写操作是块操作的时候,块的大小是可以通过设置FBR中的相关寄存器来设置。

    同CMD52命令不同的是,CMD53没有返回命令,这里判断DEVICE设备读写是否完毕需要驱动里面自己判断,一般有2个方法,

1.设置相应的读写完毕中断。如果DEVICE设备读写完毕,则对HOST设备发送中断。

2.HOST设备主动查询DEVICE设备是否读写完毕,可以通过CMD命令是否有返回值来判断是否DEVICE是否读写完毕。



6.11 cis

cis提供更加完备的内部信息和功能,此功能衍生于PCMCIA卡。所有支持IO的卡都具有一个共有的cis,同时每个功能有个单独的cis,



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